A Pfizer COVID elleni mRNS-oltóanyaga újra felgyújtotta a ribonukleinsav (RNS) terápiás célpontként való felhasználása iránti szenvedélyt.Az RNS kis molekulákkal való megcélzása azonban rendkívül kihívást jelent.

Az RNS-nek csak négy építőköve van: adenin (A), citozin (C), guanin (G) és uracil (U), amely a DNS-ben található timint (T) helyettesíti.Ez a gyógyszerszelektivitást szinte leküzdhetetlen akadálytá teszi.Ezzel szemben 22 természetes aminosav alkotja a fehérjéket, ami megmagyarázza, hogy a legtöbb fehérje-célzó gyógyszer viszonylag jó szelektivitással rendelkezik.

Az RNS szerkezete és funkciója

A fehérjékhez hasonlóan az RNS-molekulák másodlagos és harmadlagos szerkezettel rendelkeznek, amint az az alábbi ábrán látható.Noha egyláncú makromolekulákról van szó, másodlagos szerkezetük akkor alakul ki, amikor a bázispárosítás kidudorodásokat, hurkokat és hélixeket okoz.Ezután a háromdimenziós hajtogatás az RNS harmadlagos szerkezetéhez vezet, amely elengedhetetlen a stabilitásához és működéséhez.

1. ábra. Az RNS szerkezete

Háromféle RNS létezik:

• Messenger RNS (mRNS)átírja a genetikai információkat a DNS-ből, és bázisszekvenciaként átkerül a riboszómára;l
• Riboszomális RNS (rRNS)része a fehérjeszintetizáló organellumoknak, az úgynevezett riboszómáknak, amelyek a citoplazmába exportálódnak, és segítenek az mRNS-ben lévő információk fehérjékké történő fordításában;
• Transzfer RNS (tRNS)az mRNS és a fehérjét alkotó aminosavlánc közötti kapcsolat.

Az RNS megcélzása terápiás célpontként nagyon vonzó.Azt találták, hogy genomunknak csak 1,5%-a fordítódik le fehérjévé, míg 70-90%-a íródik át RNS-vé.Az RNS-molekulák a legfontosabbak minden élő szervezet számára.Francis Crick „központi dogmája” szerint az RNS legkritikusabb szerepe az, hogy a genetikai információkat a DNS-ből fehérjékké alakítsa.Emellett az RNS-molekulák más funkciókat is ellátnak, beleértve:

• Adapter molekulaként működnek a fehérjeszintézisben;l
• Hírvivőként szolgál a DNS és a riboszóma között;l
• Minden élő sejtben genetikai információ hordozói;l
• A megfelelő aminosavak riboszómális szelekciójának elősegítése, ami az új fehérjék szintéziséhez szükségesin vivo.

Antibiotikumok

Annak ellenére, hogy már az 1940-es években felfedezték számos antibiotikum hatásmechanizmusát, csak az 1980-as évek végén sikerült tisztázni.Azt találták, hogy az antibiotikumok nagy része a bakteriális riboszómákhoz való kötődés révén akadályozza meg őket abban, hogy megfelelő fehérjéket állítsanak elő, és ezáltal elpusztítják a baktériumokat.

Például az aminoglikozid antibiotikumok a 16S rRNS A-helyéhez kötődnek, amely a 30S riboszóma alegység részét képezi, majd megzavarják a fehérjeszintézist, hogy megzavarják a baktériumok növekedését, ami végül sejthalálhoz vezet.Az A-hely az aminoacil-helyre utal, amely tRNS-akceptor helyként is ismert.Az aminoglikozid gyógyszerek közötti részletes kölcsönhatás, mint plparomomicinés az A-helyszínE. coliAz RNS az alábbiakban látható.

2. ábra: A paromomicin és az A-hely közötti kölcsönhatásE. coliRNS

Sajnos sok A-hely inhibitornak, beleértve az aminoglikozid gyógyszereket is, vannak biztonsági problémái, például nefrotoxicitás, dózisfüggő és specifikus irreverzibilis ototoxicitás.Ezek a toxicitások az aminoglikozid gyógyszerek szelektivitásának hiányának a következményei az RNS kis molekulák felismerésére.

Amint az alábbi ábrán látható: (a) a baktériumok szerkezete, (b) az emberi sejtmembrán és (c) az emberi mitokondriális A-hely nagyon hasonló, így az A-hely inhibitorai mindegyikhez kötődnek.

3. ábra: A nem szelektív A-hely inhibitor kötődés

A tetraciklin antibiotikumok az rRNS A-helyét is gátolják.Szelektíven gátolják a bakteriális fehérjeszintézist azáltal, hogy reverzibilisen kötődnek a magnéziummal komplexált 30S alegység helikális régiójához (H34)²⁺.

Másrészt a makrolid antibiotikumok a bakteriális riboszóma alagút (NPET) kilépési helye (E-hely) közelében kötődnek, és részben blokkolják azt, ezáltal gátolják a bakteriális fehérjeszintézist.Végül az oxazolidinon antibiotikumok, mint pllinezolid(Zyvox) egy mély hasadékhoz kötődnek a bakteriális 50S riboszomális alegységben, amelyet 23S rRNS nukleotidok vesznek körül.

Antiszensz oligonukleotidok (ASO)

Az antiszensz gyógyszerek kémiailag módosított nukleinsav polimerek, amelyek RNS-t céloznak meg.A Watson-Crick bázispárosodásra támaszkodnak, hogy a megcélzott mRNS-hez kötődjenek, ami géncsendesítést, sztérikus blokádot vagy splicing változást eredményez.Az ASO-k kölcsönhatásba léphetnek a sejtmagban lévő pre-RNS-ekkel és a citoplazmában az érett mRNS-ekkel.Exonokat, intronokat és nem lefordított régiókat (UTR) célozhatnak meg.A mai napig több mint egy tucat ASO gyógyszert hagyott jóvá az FDA.

4. ábra. Antisense technológia

RNS-t célzó kis molekulájú gyógyszerek

2015-ben a Novartis arról számolt be, hogy felfedezték a Branaplam nevű SMN2 splicing szabályozót, amely fokozza az U1-pre-mRNS asszociációját és megmenti az SMA egereket.

Másrészt, a PTC/Roche Risdiplam (Evrysdi) 2020-ban jóváhagyta az FDA az SMA kezelésére.A Branaplamhoz hasonlóan a Risdiplam is úgy működik, hogy szabályozza a releváns SMN2 gének splicingjét, hogy funkcionális SMN fehérjéket hozzon létre.

RNS degradálók

Az RBM az RNS-kötő motívum fehérjét jelenti.Lényegében az indol-szulfonamid egy molekuláris ragasztó.Szelektíven toborozza az RBM39-et a CRL4-DCAF15 E3 ubiquitin ligázhoz, elősegítve az RBM39 poliubiquitinációját és a fehérje lebomlását.Az RBM39 genetikai kimerülése vagy szulfonamid által közvetített lebomlása jelentős, a genomra kiterjedő illesztési rendellenességeket indukál, ami végső soron sejthalálhoz vezet.

Az RNS-PROTAC-okat az RNS-kötő fehérjék (RBP) lebontására fejlesztették ki.A PROTAC egy linkert használ az E3 ligáz ligandum és az RNS ligandum összekapcsolására, amely az RNS-hez és az RBP-ekhez kötődik.Mivel az RBP olyan szerkezeti doméneket tartalmaz, amelyek specifikus oligonukleotid szekvenciákhoz tudnak kötődni, az RNA-PROTAC oligonukleotid szekvenciát használ ligandumként a kérdéses fehérje (POI) számára.A végeredmény az RBP-k lebomlása.

Nemrég Matthew Disney professzor, a Scripps Oceanográfiai Intézet feltalálta az RNS-tribonukleázt célzó kimérák (RiboTAC).A RiboTAC egy heterofunkcionális molekula, amely egy RNáz L ligandumot és egy RNS ligandumot köt össze egy linkerrel.Kifejezetten képes endogén RNáz L-t toborozni specifikus RNS-célpontokhoz, majd sikeresen eliminálja az RNS-t a celluláris nukleinsav-lebontási mechanizmus (RNáz L) segítségével.

Ahogy a kutatók többet megtudnak a kis molekulák és az RNS-célpontok közötti kölcsönhatásról, a jövőben egyre több, ezt a módszert alkalmazó gyógyszer fog megjelenni.